一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置及方法，属于油气开发过程中的井筒气液流态研究技术领域，装置包括井筒系统、气水增压注入系统、可视化监测系统，由气水增压注入系统同时向井筒系统中注入气相和液相，并由可视化监测系统进行监测；本发明专利技术还提供了利用上述装置进行实验的方法。本发明专利技术通过高温高压可视化井筒模型、气水增压注入系统、可视化监测系统等的相互配合，可以模拟并监测井筒中压力低于30MPa、温度低于150℃时不同气液比、不同流速条件下的气液两相流动形态；可以模拟垂直至水平及中间任意角度井筒条件；实验装置可以拆卸、自行组装，实现了重复利用，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置及方法
本专利技术涉及一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置及方法，属于油气开发过程中的井筒气液流态研究

技术介绍
“十一五”以来，我国气田(低渗-致密气、页岩气、煤层气等)进入了大规模勘探开发阶段，且已经形成了以四川、鄂尔多斯、准格尔和塔里木等四大盆地为代表性的天然气生产基地。一方面，随着气藏开采的进行，地层能量逐渐衰竭，产量逐渐降低，地层开始产水；另一方面，目前气水同注开发也成为油气田重要的开发方式之一。因而，气、水在井筒中的多相流动形态普遍存在。多相管流物理模拟实验是研究井筒中气水流态的主要方式之一。目前常用的多相管流井筒模型主要是透明有机玻璃管，具有代表性的西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室的多相流动模拟装置亦是如此(马小龙.南堡产水气井起泡剂优化及井下搅拌器研制[D].成都:西南石油大学,2015)，优点是可以实现气液混合后杂井筒中流动过程的全程可视化，但其可承受实验压力低于0.5MPa，因此不能模拟高压条件下的多相管流；此外，透明有机玻璃管一般在常温下工作，难以模拟中高温条件下的多相管流。为满足高压模拟条件，中国石油大学(华东)的王志远(含天然气水合物相变的环空多相流流型转化机制研究[D].青岛,2009)使用不锈钢管设计加工了多相管流模拟井筒，但是该模型不能使用可视化方式来进行流型的识别，而是基于空隙率波的特性参数曲线，如波动曲线、PDF曲线等进行间接识别；此外该不锈钢模型也没有安装加热保温装置，因而不具备开展中高温模拟实验的条件。针对目前多相管流物理模拟装置“耐压不可视、可视不耐压”的问题，结合上述以透明有机玻璃和不锈钢多相流动模拟装置的优缺点，有必要设计并建立一套“耐温、耐压、可视”的井筒气液流态模拟实验装置，并提供其使用方法，可为研究注气井筒中、采气井筒中或排水采气过程中的气水流态特征及压力分布规律提供更为直观、且适用条件广泛的物理模拟手段及方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置。能够实现高温、高压条件下井筒中的气液流态分布可视化研究。本专利技术还提供上述装置的实验方法。本专利技术的技术方案如下：一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，包括井筒系统、气水增压注入系统；井筒系统包括井筒模型、模型支架，模型支架用于固定支撑井筒模型，井筒模型上设有高压可视窗口，井筒模型外侧设有加温保温层，加温保温层用于给井筒模型加热保温；气水增压注入系统包括液体增压注入装置、气体增压注入装置，液体增压注入装置和气体增压注入装置均通过高压管线与井筒模型连接，液体增压注入装置用以将液体注入到井筒模型中，气体增压注入装置用以将气体注入到井筒模型中。根据本专利技术优选的，模型支架包括两个立架，两个立架顶端均设有轴承座，两个轴承座上设有支撑轴，支撑轴通过支撑圈与井筒模型外壁连接；立架底部设有升降脚和脚轮，脚轮用于带动整个井筒系统的移动，升降脚用于定点固定。井筒模型可随支撑轴空间转动，通过本支架可以模拟垂直至水平及中间任意角度井筒条件。根据本专利技术优选的，井筒模型为圆柱形模型，井筒模型内径为76mm，高度为300cm，井筒模型为不锈钢材质。进一步优选的，高压可视窗口为圆形窗口，高压可视窗口的内径为20mm。进一步优选的，高压可视窗口对称分布于井筒模型的轴向两侧，每一侧的高压可视窗口之间的间距均为20cm，窗口均匀分布于井筒模型上，且沿井筒对称分布。进一步优选的，高压可视窗口包括视窗体、高压玻璃、压环，视窗体与井筒模型通过贯穿口贯穿，高压玻璃与贯穿口之间设有密封垫，高压玻璃外侧设有压环，压环用以固定高压玻璃；高压玻璃为高硼硅强化玻璃，高压玻璃的耐压为30MPa。根据本专利技术优选的，加温保温层包括电加热圈、保温套层，电加热圈设于井筒模型外侧，保温套层设于电加热圈外侧。加温保温层的可调温范围30-150℃。根据本专利技术优选的，液体增压注入装置包括常压储液罐，常压储液罐通过高压管线与高压液体泵相连，高压液体泵通过高压管线与调压阀相连。进一步优选的，高压液体泵与调压阀之间设有单向止回阀、液体流量计、压力传感器。进一步优选的，常压储液罐的容积为2m3，用以储存水；高压液体泵排量0-2.0m3/h、工作压力0-15MPa，用以将常压储液罐内的水增压到实验压力；液体流量计测试范围0-2.0m3/h、工作压力0-15MPa，用以计量高压下水相流量；压力传感器测压范围0-30MPa，用以计量增压后流向井筒模型的水相压力；调压阀用以精确调节增压后流向井筒模型的水相压力；单向止回阀用以保持水相沿高压管线单向流动；高压管线内径13mm、耐压40MPa。进一步优选的，气体增压注入装置包括气源瓶，气源瓶通过高压管线与气体增压系统相连，气体增压系统包括空气压缩机和气体增压泵，空气压缩机通过高压管线与气体增压泵连接；气体增压泵通过高压管线与高压储气罐相连，高压储气罐通过高压管线与调压阀相连。进一步优选的，高压储气罐与调压阀之间设有高压气体流量计、单向止回阀，高压储气罐上设有压力传感器。进一步优选的，空气压缩机排量400L/min、工作压力0.7MPa，用以驱动气体增压泵工作；所述的气体增压泵工作压力0-40MPa，用以将气体增压到高压储气罐中；高压储气罐容积1m3，耐压40MPa，用以存储高压气体；高压气体流量计测试范围0-2.0m3/h、工作压力0-15MPa，用以计量高压下气相流量；压力传感器测压范围0-30MPa，用以计量高压储气罐流向井筒模型的气相压力；调压阀用以精确调节高压储气罐流向井筒模型的气相压力；单向止回阀用以保持气相沿高压管线单向流动；高压管线内径13mm、耐压40MPa。根据本专利技术优选的，高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置还包括可视化监测系统，可视化监测系统包括高速摄像机、摄像机支架、计算机，摄像机支架用以支撑摄像机，高速摄像机用以录制图像，高速摄像机的数量不超过高压可视窗口的数量，计算机用以安装图像处理软件对捕捉图像进行处理。根据本专利技术优选的，所述的高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置还包括系统启停控制系统，系统启停控制系统包括控制柜，系统启停控制系统用以控制高压液体泵、气体增压泵、空气压缩机等设备的启停，并实现气体流量、液体流量、温度、气体压力、液体压力的数据采集。本专利技术中的控制系统将液体流量计、高压气体流量计、井筒模型中的温度计、压力传感器等高精度传感器集中连接于控制柜中，控制柜上配备对应显示仪表；高压液体泵、气体增压泵、空气压缩机、电加热圈等设备的起停控制开关均集中连接在控制柜中；此外，系统启停控制系统可与计算机相连，由计算机实时显示采集数据并控制设备开关。一种利用上述高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：1)设定井筒系统的实验温度；使用高压管线将液体增压注入装置、气体增压注入装置分别与井筒系统的接入口连接，将高速摄像机部署在井筒模型的中2/3部位，开启可视化监测系统；2)设定高压液体泵的排量和工作压力，将常压储液罐中的水相增压至符合实验的要求范围；通过液体流量计和调压阀将增压后水相的压力和流量精确调控至实验目标数值；将根据实验设定的液相流量，将高压水相通过高压管线汇入到井筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，包括井筒系统、气水增压注入系统；井筒系统包括井筒模型、模型支架，模型支架用于固定支撑井筒模型，井筒模型上设有高压可视窗口，井筒模型外侧设有加温保温层，加温保温层用于给井筒模型加热保温；气水增压注入系统包括液体增压注入装置、气体增压注入装置，液体增压注入装置和气体增压注入装置均通过高压管线与井筒模型连接，液体增压注入装置用以将液体注入到井筒模型中，气体增压注入装置用以将气体注入到井筒模型中。

【技术特征摘要】
1.一种高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，包括井筒系统、气水增压注入系统；井筒系统包括井筒模型、模型支架，模型支架用于固定支撑井筒模型，井筒模型上设有高压可视窗口，井筒模型外侧设有加温保温层，加温保温层用于给井筒模型加热保温；气水增压注入系统包括液体增压注入装置、气体增压注入装置，液体增压注入装置和气体增压注入装置均通过高压管线与井筒模型连接，液体增压注入装置用以将液体注入到井筒模型中，气体增压注入装置用以将气体注入到井筒模型中。2.根据权利要求1所述的高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，模型支架包括两个立架，两个立架顶端均设有轴承座，两个轴承座上设有支撑轴，支撑轴通过支撑圈与井筒模型外壁连接；立架底部设有升降脚和脚轮，脚轮用于带动整个井筒系统的移动，升降脚用于定点固定。3.根据权利要求1所述的高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，井筒模型为圆柱形模型，井筒模型内径为76mm，高度为300cm，井筒模型为不锈钢；进一步优选的，高压可视窗口为圆形窗口，高压可视窗口的内径为20mm。4.根据权利要求1所述的高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，高压可视窗口对称分布于井筒模型的轴向两侧，每一侧的高压可视窗口之间的间距均为20cm；进一步优选的，高压可视窗口包括视窗体、高压玻璃、压环，视窗体与井筒模型通过贯穿口贯穿，高压玻璃与贯穿口之间设有密封垫，高压玻璃外侧设有压环，压环用以固定高压玻璃；高压玻璃为高硼硅强化玻璃，高压玻璃的耐压为30MPa。5.根据权利要求1所述的高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，加温保温层包括电加热圈、保温套层，电加热圈设于井筒模型外侧，保温套层设于电加热圈外侧。6.根据权利要求1所述的高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，液体增压注入装置包括常压储液罐，常压储液罐通过高压管线与高压液体泵相连，高压液体泵通过高压管线与调压阀相连；优选的，高压液体泵与调压阀之间设有单向止回阀、液体流量计、压力传感器；进一步优选的，常压储液罐的容积为2m3，用以储存液体；高压液体泵排量0-2.0m3/h、工作压力0-15MPa，用以将常压储液罐内的液体增压到实验压力；液体流量计测试范围0-2.0m3/h、工作压力0-15MPa，用以计量高压下液相流量；压力传感器测压范围0-30MPa，用以计量增压后流向井筒模型的液相压力；调压阀用以调节增压后流向井筒模型的水相压力；单向止回阀用以保持水相沿高压管线单向流动；高压管线内径13mm、耐压40MPa。7.根据权利要求6所述的高温高压可视化井筒气液流态模拟实验装置，其特征在于，气体增压注入装置包括气源瓶，气源瓶通过高压管线与气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚校森，白英睿，王增宝，董长银，朱跃成，刘城彤，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37